CN1123608C - 低表面能、驱避型防污涂料及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于环保防污涂料技术领域，主要由粘结料、硅烷偶联剂、含氟化合物、辛辣型天然防污剂，无机填料和溶剂所组成，使用该涂料的方法是首先配制涂料，然后将木材或木制品或网具浸入含有涂料的容器中达几十分钟，取出被浸物自然干燥。本发明具有无毒、不污染环境、抗细菌和抗海生物附着生成，在金属、木材、水泥等基底上均具有很好的附着力，可直接用作底层涂料，表面光滑，有很低的表面能，不易积污垢，可以被多次洗涤等优点。

Description

低表面能、驱避型防污涂料及其使用方法

本发明属于环保防污涂料技术领域，特别涉及一种含硅烷偶联剂，含氟化合物和辛辣型天然防污剂的防污涂料的配方及使用。

防污涂料是用于船舶底部和海中设施的一种特殊涂料。海洋中有2000多种污损生物，最常见的有50～100种。有半数以上生活在海岸和港湾处。污损生物的幼虫或孢子能够漂浮游动，发展到一定阶段后就会在附着基上定居下来。海洋上的船舶、钻井平台、港湾建筑以及其他水下设施极易遭受海洋生物的污损。污损生物对船舶的危害极其严重。如果船体有生物附着，船底很快形成附着生物的硬壳，有的厚达十几厘米，从而降低航速，增加能耗，加速腐蚀，缩短使用寿命。据统计，如果污损率达5％，能耗就会增加10％。因此，防污问题一直是人们关注的问题，随着航海、造船的发展，采用了一系列手段达到防污的效果。

至今所有的防污方法主要是在保护性涂料中加入Cu、Sn、Hg、Pb、Bi等金属的无机或有机物(通常这些化合物都有毒，所以防污剂习惯称为毒料)，通过毒料释放使附着物中毒，甚至死亡。但是，毒料的释放造成港湾水面的污染，出现生物变异，破坏海洋生态平衡以及给人类的健康带来危害。对此，发达国家近年来纷纷通过法律手段限制或禁止毒性防污涂料的使用，迫使海洋业和研究开发部门，加速研制开发船用无毒防污产品，许多国家已把这类产品的开发纳入海洋重大环保工程和重大技术领域，给予重点扶持。

近年来，虽然从表面科学入手，开展了表面材料研究，表面状态研究，表面带电研究，疏水亲水平衡研究，临界表面张力研究，取得许多成果。但总因实施技术复杂，价格昂贵而难于推行。目前这方面的研究目标又转向无毒防污涂料的研究上，从生态学入手，通过生物技术寻找更优异的带有亲水基团的化合物和更有效的生物活性物质(不产生污染或低污染)来代替目前防污涂料中的毒料。

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提供一种低表面能、驱避型防污涂料，使其具有无毒、不污染环境、抗细菌和抗海生物附着生成，在金属、木材、水泥等基底上均具有很好的附着力，可直接用作底层涂料，表面光滑，有很低的表面能，不易积污垢，可以被多次洗涤等优点。

本发明提出一种低表面能、驱避型防污涂料，其特征在于，主要由粘结料、硅烷偶联剂、含氟化合物、辛辣型天然防污剂，无机填料和溶剂物理混合而成，其中各组份的重量百分比为：粘结料50-80％；硅烷偶联剂0.01-10％；含氟化合物0.1-10％；辛辣型天然防污剂1-20％；无机填料5-30％；溶剂5-15％。

所述的硅烷偶联剂可为含氨基、环氧基、乙烯基或甲基丙烯酰氧基的硅烷偶联剂中的一种或多种。

所述的偶联剂，其湿润面积可为300～500m²/g。

所述的硅烷偶联剂，在涂层组成中的添加量可为0.1％～2％。

所述的含氟化合物可为固体粉末状或液体状的氟塑料、氟表面活性剂或氟涂料之一种或多种。

所述的氟塑料可为聚四氟乙烯(PTFE)，聚全氟乙丙烯(FEP)，四氟乙烯-全氟乙烯基醚共聚物(PFA)之一种。

所述的含氟化合物，其分散体的颗粒大小一般小于50微米。

所述的含氟化合物在涂层组成的添加量可为0.2～5％。

所述的辛辣型天然防污剂可为胡椒、辣椒和洋葱之一种或多种。

所述的辛辣型天然防污剂可为粉末状，其颗粒度一般不大于100微米。

所述的粘结料为环氧沥青清漆，或醇酸树脂或酚醛树脂或丙烯酸树脂或环氧树脂之一种。

所述的无机填料包括白炭黑、滑石粉、膨润土、铁红粉、玻璃微球、钛白粉、炭黑、氧化亚铜、氧化铝、锌粉、铬绿粉之一种或多种。

本发明所述的熔剂，主要指汽油、甲苯、二甲苯、香蕉水，本配方还可包括少量其他成份，如分散剂、抗沉淀剂、表面活性剂、固化剂和颜料等。

本发明提出一种使用低表面能、驱避型防污涂料的方法，其特征在于，首先配制涂料，然后将木材或木制品或网具浸入含有涂料的容器中达几十分钟，取出被浸物自然干燥。

下面对发明的组成进一步解释如下。

本发明的涂层组成含有硅烷偶联剂，硅烷偶联剂是分子中同时存在两种性质不同、作用不同的官能基因的一大类有机硅分子化合物，硅烷偶联剂可改善两种化学性质不同的材料间的粘结性，使制品的耐水性以及机械、电绝缘和抗老化等综合性能得到提高，它亦可用于材料表面改性，使材料具有防静电、防霉及抗凝血等性能。

本发明对于硅烷偶联剂的选择主要考虑偶联剂与涂料中高分子树脂的兼容性质及所需的特殊功能，而对所要涂覆的基底材料有相对宽广的适用性。本发明使用的硅烷偶联剂优选含氨基、环氧基、乙烯基、甲基丙烯酰氧基的硅烷偶联剂，这些硅烷偶联剂的湿润面积为300～500m²/g。这些硅烷偶联剂用作单一表面处理，配方浓度一般不超过2％，实际使用可以低于0.5％，但最好不低于0.1％，因为浓度太低用浸渍的方法偶联剂可能不能完全覆盖基底表面；而浓度太高会造成覆盖层太厚而产生龟裂，一般厚度不超过10纳米。由于涂加的偶联剂大部分分散在涂层中，而不是完全覆盖在基底表面，因此不能根据其湿润面积的参数来计算涂加量，对于涂料配方偶联剂一般的添加量为0.01～10％。

本发明的涂层组成含有低表面能的高分子含氟化合物，高分子含氟化合物是指碳链上的氢原子被氟全部或部分取代的一类有机氟化物，本发明涂料配方所采用的含氟化合物包括氟塑料、氟表面活性剂和氟涂料等，这些化学品可以是固体粉末状和液体状，氟塑料优选，优选聚四氟乙烯(PTFE)，聚全氟乙丙烯(FEP)和四氟乙烯-全氟乙烯基醚共聚物(PFA)。

PTFE俗称塑料王，有优越的耐高低温，耐化学腐蚀，不吸水，不粘，低摩擦系数等性能，PTFE难于被普通的液体湿润，其临界表面张力为1.85×10^-2N/m，其接触角度104°，是各种材料中最大的，FEP的表面能低于PTFE，表现出突出的不粘性，耐辐射性好于PTFE10～100倍，在室外暴露20年不会出现性能下降，PFA的熔体粘度较低，易于加工，PFA与FEP一样由于熔融流动性好，因而形成的涂层表面光洁度好。

本发明涂料配方使用的含氟化合物含量为重量百分比的0.1％～10％，含氟化合物的用量与其颗粒度的大小有关，一般要求(不管固体或悬浮液)，颗粒度不大于50微米。

本发明的涂层组成含有辛辣型天然防污剂，包括胡椒、辣椒和洋葱等，这些天然防污剂具有抗菌、防止海生物生长的功能，这些防污剂不破坏自然生态，不污染环境。使用天然防污剂的优点是其中的有效成份如辣椒素等释放速度比较缓慢，有利于长效使用。这些防污剂一般制成粉末来使用，制备方法如下：将成熟的胡椒、辣椒或洋葱采摘后，洗净除去水分，然后粉碎、机械磨细或手工碾磨成粉末，然后干燥后过筛，使其成小于100微米的粉末，干燥保存备用。

本发明的涂层配方适合添加多种无机填料，其中包括白炭黑，滑石粉，膨润土，云母，玻璃微珠，铁红粉、铬绿粉、碳粉等。高比表面的气相沉积二氧化硅，膨润土，活性炭等的添加有利于吸附微小的防污剂粉末，延长有效成分的释放时间，从而提高涂层的有效使用寿命。

下面介绍本发明的实施例。

实施例一：用于木材或木制品或海上网具处理的配方。

组分名称                       重量百分比％

醇酸或酚醛清漆                     70

PFA                                1

γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷      0.2

γ-甲基丙烯酰氧基-丙基三甲氧基硅烷 0.2

辣椒粉                             4

胡椒粉                             1

洋葱粉                             1

炭粉                               2

汽油                               20

颜料                               0.6

将所需保护物品浸入以上配方的涂料中几十分钟后，取出自然干燥，亦可刷涂或喷涂二至三遍，形成的涂层表面憎水、耐腐、防污。

实施例2：抑制硫酸盐还原菌的附着和生长的涂料配方。

组分名称                           重量百分比％

环氧沥青清漆                          62

FEP                                   1

γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷         0.5

十八烷基-3(三甲氧硅基)丙基氯化铵      0.5

辣椒粉                                10

胡椒粉                                5

铁红粉                                10

膨润土                                5

甲苯                                  6

由腐蚀造成的损失在一些发达国家高达国民生产总值的3％左右，其中20％是由于微生物造成的，特别是硫酸盐还原菌通过还原硫酸根吸收营养，而生长在船等物体表面，还原过程产生硫离子并造成酸度变化，从而引起和加速腐蚀，上述配方的涂料能很好地抑制硫酸盐还原菌的附着和生长，故而有效地保护基体材料不受腐蚀。

实验方法：取新鲜海水，加适当营养成分，培养细菌至浓度约提高2个数量级，然后将裸露和涂有上述涂料的碳钢或不锈钢样品放入，用原子力显微镜(AFM)观察表面细菌生长状况，并用电化学方法测试腐蚀速度，结果表明约7天后裸露的钢样上大量寄生细菌并发生不均匀腐蚀，而在涂料覆盖的钢样上测不到腐蚀电流。

实施例三：海洋防污配方

组分名称                      重量百分比％

环氧沥青清漆                       68.5

PTFE                               1.5

γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷      1

辣椒粉                             8

胡椒粉                             7

膨润土                             5

白炭黑                             3

二甲苯                             5

颜料                               1

以上配方涂料可按一般防污的施工方法使用，可直接涂覆在钢铁、木材、石材、渔网等基底上，具有很好的粘接力和防海生物生长的功能。

实施例四：抗菌耐腐建筑涂料配方

组分名称                         重量百分比％

环氧树脂清漆                         64.5

PTFE                                 0.5

乙烯基三乙氧基硅烷                   1

辣椒粉                               1

胡椒粉                               1

铁红粉                               10

铬绿                                 5

白水泥                               10

香蕉水                               5

二氧化钛                             2

以上配方的涂料可用于地面、木材、建筑外墙，具有硬度高，耐磨、抗菌、防水、防污的功能。

Claims (13)

1、一种低表面能、驱避型防污涂料，其特征在于，主要由粘结料、硅烷偶联剂、含氟化合物、辛辣型天然防污剂，无机填料和溶剂物理混合而成，其中各组份的重量百分比为：粘结料50-80％；硅烷偶联剂0.01-10％；含氟化合物0.1-10％；辛辣型天然防污剂1-20％；无机填料5-30％；溶剂5-15％。

2、根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，其中所述的硅烷偶联剂为含氨基、环氧基、乙烯基或甲基丙烯酰氧基的硅烷偶联剂中的一种或多种。

3、根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，其中所述的偶联剂，其湿润面积为300～500m²/g。

4、根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，其中所述的硅烷偶联剂，在涂层组成中的添加量为0.1％～2％。

5、根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，其中所述的含氟化合物为固体粉末状或液体状的氟塑料、氟表面活性剂或氟涂料之一种或多种。

6、根据权利要求5所述的涂料，其特征在于，其中所述的氟塑料为聚四氟乙烯(PTFE)，聚全氟乙丙烯(FEP)，四氟乙烯-全氟乙烯基醚共聚物(PFA)之一种。

7根据权利要求1、5或6所述的涂料，其特征在于，其中所述的含氟化合物，其分散体的颗粒大小为小于50微米。

8、根据权利要求1、5或6所述的涂料，其中所述的含氟化合物在涂层组成的添加量为0.2～5％。

9、根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，其中所述的辛辣型天然防污剂为胡椒、辣椒和洋葱之一种或多种。

10、根据权利要求1或9所说的涂料，其特征在于，其中所述的辛辣型天然防污剂为粉末状，其颗粒度不大于100微米。

11、根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，其中所述的粘结料为环氧沥青清漆，或醇酸树脂或酚醛树脂或丙烯酸树脂或环氧树脂之一种。

12、根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，其中所述的无机填料包括白炭黑、滑石粉、膨润土、铁红粉、玻璃微球、钛白粉、炭黑、氧化亚铜、氧化铝、锌粉、铬绿粉之一种或多种。

13、一种使用如权利要求1低表面能、驱避型防污涂料的方法，其特征在于，首先配制涂料，然后将木材或木制品或网具浸入含有涂料的容器中达几十分钟，取出被浸物自然干燥。